Tras comparar una muestra de cerca de 50 cúmulos estelares abiertos de diferentes edades en la Vía Láctea, una investigación liderada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), con la colaboración de la Universidad Politécnica de Cartagena, revela que a medida que estos grupos de estrellas envejecen pierden gran parte de sus componentes menos masivos. Este resultado confirma que en los cúmulos abiertos existen procesos dinámicos internos, derivados de su largo desplazamiento por la galaxia, que provocan la expulsión de estrellas de baja masa. El estudio, que se ha publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, ha utilizado datos de la misión espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA). La investigación se complementa con una página web interactiva para profesionales, aficionados y estudiantes. 

Los cúmulos abiertos son grupos de estrellas formados a partir de la misma nube molecular. Los ejemplos más famosos son las Pléyades y las Híades, visibles a simple vista en el cielo invernal. Se componen de unos cientos a varios miles de estrellas que se encuentran unidas entre sí gravitacionalmente, aunque en menor medida que las de los cúmulos globulares. Debido a que todas las estrellas del cúmulo poseen el mismo origen, edad y composición química, sus propiedades se pueden determinar más fácilmente que en estrellas aisladas, por lo que los cúmulos son muy útiles en el estudio de la formación y evolución estelar.  

Las estrellas de los cúmulos abiertos también comparten un movimiento común en el espacio derivado del propio desplazamiento de la nube molecular que les dio origen. El estudio de este movimiento es lo que permite a los equipos de investigación diferenciar las estrellas de un cúmulo de aquellas que están en la misma línea de visión pero no forman parte de él, y saber con seguridad que nacieron al mismo tiempo, que se encuentran a la misma distancia de la Tierra y que están relacionadas entre ellas como grupo.

Un equipo científico liderado por la investigadora del IAC Maruska Zerjal ha utilizado las últimas mediciones del satélite espacial Gaia de la ESA para estudiar los movimientos de las estrellas miembros de cerca de 50 cúmulos abiertos en la vecindad solar. A la hora de escoger la muestra, el equipo estableció un límite de distancia (hasta 1.500 años luz) y de edad (hasta 1.000 millones de años o 4.6 veces menos que el Sol) que les permitiera llegar a detectar las denominadas estrellas de baja masa, es decir, de menos de la mitad de la masa de nuestro astro, mucho más difíciles de encontrar que otras estrellas más masivas y brillantes.

“Hemos puesto un límite en la distancia, porque las estrellas de baja masa tienen un brillo demasiado débil como para ser observadas individualmente cuando se encuentran muy lejos de nosotros; y en la edad, porque sabemos que en cúmulos muy antiguos la presencia de este tipo de estrellas es casi indetectable, por lo que nos hemos centrado en aquellas etapas en las que aún se pueden detectar y así obtener información precisa de los distintos tipos de estrellas que componen cada cúmulo”, explica la investigadora.

Una vez identificados los cúmulos, el equipo los clasificó en tres grupos y analizó la distribución del brillo estelar en ellos: “Hemos analizado tres grupos de cúmulos abiertos ­en nuestra galaxia –explica Nicolas Lodieu, investigador del IAC y coautor del estudio–. Utilizando el símil de las distintas etapas de la vida de un ser humano, unos cúmulos estarían en la etapa de la niñez, otros en la adolescencia y otros en la edad adulta”.

Tras analizar cada grupo, el equipo de investigación comprobó que, en los cúmulos más antiguos estudiados, entre los 100 millones y los 800 millones de años, hay una pérdida progresiva de sus componentes menos masivos. En cambio, los cúmulos más jóvenes presentan una distribución estelar muy similar, con la misma proporción de tipos de estrellas, desde las más masivas y brillantes hasta las de menor masa.

“Descubrimos que las distribuciones de brillo en cúmulos jóvenes, con una edad de 50 millones de años, son más parecidas entre sí y muestran un alto grado de similitud. Al mismo tiempo, las distribuciones de luminosidad en cúmulos tan antiguos como las Pléyades y las Híades son más diversas”, señala Zerjal.

Según el equipo científico, de este hallazgo se desprenden dos importantes conclusiones. Por un lado, la distribución de la masa de las estrellas en los cúmulos jóvenes parece ser un fenómeno universal. Por otro lado, el resultado confirma que en los cúmulos abiertos existen procesos dinámicos internos, derivados de su largo desplazamiento por la galaxia, que provocan la expulsión de estrellas de baja masa. 

“A medida que los cúmulos abiertos envejecen, se producen interacciones a lo largo de su recorrido por el medio galáctico, bien entre estrellas dentro del cúmulo, bien con nubes moleculares u otros cúmulos. Al no estar sus estrellas suficientemente unidas gravitacionalmente, estos encuentros tienden a dispersar los componentes menos masivos del cúmulo”, matiza Lodieu. 

Está previsto que en los próximos años se sigan estudiando nuevos candidatos. “Aunque parece que se trata de un fenómeno universal, en el futuro serán necesarias nuevas investigaciones para aportar pruebas más sólidas de la existencia de estas dinámicas”, añade Zerjal.

El catálogo de los cúmulos analizados está disponible en la biblioteca astronómica pública Centre de Données astronomiques de Strasbourg (CDS). Además, para hacer que los resultados fueran aún más accesibles al público, el equipo desarrolló una página web interactiva con todos los cúmulos y sus estrellas miembros. “El objetivo de esta página es facilitar nuevos descubrimientos entre profesionales y aficionados, pero también fomentar que el estudiantado explore, descubra y aprenda, e inspirar a una nueva generación de astrónomos y astrónomas”, concluye Lodieu, investigador principal (IP) de este proyecto que ha contado con la financiación del Gobierno de Canarias.

Artículo: M. Žerjal et al. “Young nearby open clusters and their luminosity” functions. A&A Volume 678, October 2023. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202345920

Pagina Web del proyecto GAIA Open clusters: http://research.iac.es/proyecto/gaiaclusters/about.php

Contactos:

Marusa Zerjal, investigadora del IAC: maruska.zerjal [at] iac.es (maruska[dot]zerjal[at]iac[dot]es)
Nicolas Lodieu, investigador del IAC: nlodieu [at] iac.es (nlodieu[at]iac[dot]es)
Antonio Pérez Garrido, investigador de la UPCT: Antonio.Perez [at] upct.es (Antonio[dot]Perez[at]upct[dot]es)